刺激響應(yīng)型聚合物在靶向腫瘤治療中的應(yīng)用進(jìn)展*

申婷婷 ，姚 琳 ，余麗麗 ，馬 薇

（1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，陜西 西安 710021；2.渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 護(hù)理學(xué)院，陜西 渭南 714026）

藥物治療是當(dāng)今臨床治療腫瘤的重要手段之一[1]，現(xiàn)有抗腫瘤的化療藥除了可以抑制腫瘤組織增殖外大多對正常組織也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的毒副作用，對腫瘤組織的特異性較差，藥物副作用較大[2]。在對降低化療藥副作用的研究中發(fā)現(xiàn)，刺激響應(yīng)型聚合物可以根據(jù)腫瘤組織與正常組織的差異而達(dá)到控制藥物釋放的效果，使藥物定位釋放，在腫瘤組織富集，大大提高抗腫瘤藥物的給藥效率和治療效率，有效地抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，并且減少藥物對正常組織的毒副作用[3,4]。刺激響應(yīng)型聚合物是指隨著環(huán)境刺激（外源或內(nèi)源）的變化，使自身大分子結(jié)構(gòu)或狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化（如結(jié)構(gòu)改變、水溶性改變等）的聚合物[5]，其中環(huán)境刺激主要包括 pH 值[6]、溫度[7]、氧化還原[8]、光[9]以及協(xié)同（雙重或多重）[10]作用等。所以，在抗腫瘤藥物載體以及可控釋放方面，刺激響應(yīng)型聚合物表現(xiàn)出非常有潛力的應(yīng)用前景。

1 單一刺激響應(yīng)型聚合物

1.1 酸響應(yīng)型聚合物

能隨著環(huán)境pH值的變化而發(fā)生變化，在特定環(huán)境內(nèi)釋放藥物，將藥物分子傳遞到靶向部位的聚合物屬于酸響應(yīng)型聚合物，因?yàn)樗梢杂审w內(nèi)不同的生理pH值來觸發(fā)釋放，如胃（pH值為1.0～3.0）和結(jié)腸（pH值為7.6～8.0）組織的pH值不同[11]。酸響應(yīng)型聚合物是研究最廣泛的藥物載體材料，如Wu等[12]以聚己內(nèi)酯-b-聚（三甘醇甲基丙烯酸-co-N-甲基丙烯酰己酸）[PCL-b-P（TEGMA-co-NMCA）]和聚己內(nèi)酯-b-聚 [三甘醇甲基丙烯酸-co-N-（2-（甲基丙烯酰胺）乙基）葉酸酰胺][PCL-b-P（TEGMA-co-NMFA）]共同組裝成聚合物膠束，通過共聚物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和膠束的制備，開發(fā)出了具有良好刺激響應(yīng)性和調(diào)控葉酸（FA）含量的混合聚合物膠束（圖1）。FA是一種眾所周知的靶向配體，與卵巢癌以及乳腺癌細(xì)胞等細(xì)胞膜上表達(dá)過量的葉酸受體（FR）特異性結(jié)合能力較強(qiáng)[13]。載有阿霉素（DOX）的混合聚合物膠束在生理?xiàng)l件下穩(wěn)定，可延長血管內(nèi)循環(huán)，而在酸性pH值下可以快速釋放藥物，在pH值7.4時(shí)較低釋放，在pH值5.3時(shí)3h內(nèi)快速釋放85%。FR過度表達(dá)的腫瘤細(xì)胞對DOX負(fù)載的混合聚合物膠束的選擇性內(nèi)在化表明，它們在靶向藥物遞送中的潛在應(yīng)用。

圖1 混合聚合物膠束的共聚[12]Fig.1 Copolymerization of mixed polymer micelles[12]

Jeong等[14]采用了原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）的方法，以過硫酸鉀（KPS）為引發(fā)劑合成了pH值敏感的低分子量水溶性殼聚糖-聚己內(nèi)酯 (LMWSCPCL)雙嵌段共聚物(LMP)（圖2）。藥物控釋結(jié)果表明，在pH值5.5時(shí)紫杉醇（PTX）合并 LMP（LMPPTX）釋放的藥物濃度要比pH值為7.4更大。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用空納米顆粒處理的細(xì)胞生存力高于80%，而LMPPTX納米顆粒被有效地內(nèi)化到細(xì)胞中，能有效抑制癌細(xì)胞的生長。這些結(jié)果表明，pH值敏感的LMPPTX納米顆粒是潛在的抗癌藥物，具有抑制腫瘤生長的潛力。2

圖2 PCL大孔樹脂（A）和LMP二嵌段共聚物（B）的合成[14]Fig.2 Synthesis of PCL macroporousresin（A）andLMPdiblock copolymer（B）[14]

Saisyo等[15]通過調(diào)節(jié)苯乙烯-馬來酸共聚物（SMA）與順鉑（CDDP）反應(yīng)液的pH值合成了SMA和CDDP的復(fù)合物（SMA-CDDP），形成了聚合物膠束，從而基于增強(qiáng)的通透性和保留（EPR）效果實(shí)現(xiàn)了腫瘤選擇性藥物的輸送。在生理pH值下，SMA-CDDP復(fù)合物中游離CDDP衍生物的釋放速率較慢（0.75%/天），而在pH值5.5（4.4%/天）下則要快得多。SMACDDP顯著的抗腫瘤活性是通過在酸性腫瘤環(huán)境中從復(fù)合物中釋放出游離CDDP來實(shí)現(xiàn)的，與游離CDDP相比SMA-CDDP復(fù)合物的水溶性有較大改善，因此，一次使用大劑量的SMA-CDDP復(fù)合物要容易得多，而游離CDDP則不可能。SMA-CDDP可能成為基于EPR效應(yīng)的腫瘤靶向藥物，具有很高的腫瘤選擇性。

此外，Pourjavadi等[16]采用表面引發(fā)可逆加成-裂解鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合的方法制備了新型磁性納米載體。先將RAFT試劑附著在Fe3O4納米粒子的表面，再將聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA）鏈生長并固定在Fe3O4納米粒子表面，最后通過環(huán)氧環(huán)與肼分子的反應(yīng)，將肼（Hy）基團(tuán)引入到PGMA鏈中。DOX通過腙鍵與制備的納米載體（Fe3O4@PGMA@Hy）共價(jià)結(jié)合形成Fe3O4@PGMA-Hy@DOX。在pH值為7.4和pH值為5.4時(shí)的體外釋放結(jié)果表明Fe3O4@PGMA-Hy@DOX釋放DOX呈pH值依賴性，F(xiàn)e3O4@PGMA@Hy@DOX成功地實(shí)現(xiàn)了DOX抗癌藥物的緩釋和控釋。

1.2 氧化還原響應(yīng)型聚合物

為了提高給藥效率和治療效率，有必要在靶點(diǎn)釋放抗癌藥物，其中還原型谷胱甘肽（GSH）被認(rèn)為是區(qū)分腫瘤組織和正常組織的重要信號[17]。體內(nèi)研究證實(shí)，腫瘤組織的GSH濃度高于正常組織。二硫化氫是一種無生理毒性的還原反應(yīng)性基團(tuán)，可通過硫醇二硫化氫交換反應(yīng)進(jìn)行裂解[18-21]。在聚合物結(jié)構(gòu)中引入二硫鍵將帶來還原響應(yīng)，賦予聚合物膠束新的藥物控釋性能。Zhang等[22]設(shè)計(jì)了一種含二硫鍵的長鏈超支化聚己內(nèi)酯（PCL）基AB2大分子單體，通過銅催化疊氮炔環(huán)加成反應(yīng)（CuAAC）構(gòu)建了新的還原反應(yīng)PCL超高分子，接枝聚乙二醇（PEG）后，得到了兩親性氧化還原敏感型星形共聚物（SCPCL-PEG）（圖3），并能在水溶液中自組裝成膠束，所得膠束的臨界膠束濃度（CMC）遠(yuǎn)低于其線性類似物。體外結(jié)果證實(shí)了載DOX膠束具有良好的還原-觸發(fā)釋放性能，并能抑制人肝癌細(xì)胞（HepG2）細(xì)胞增殖，且載DOX膠束具有與游離DOX相當(dāng)?shù)目拱┗钚浴?/p>

圖3 合成含有超鏈核的星形共聚物的二硫鍵[22]Fig.3 Synthesis of disulfide bond of star copolymers containing hyperchaincore[22]

Wang等[23]合成了一種含轉(zhuǎn)鐵蛋白（Transferrin，Tf）的氧化還原敏感聚合物，并將其用于脂質(zhì)聚合物雜化納米粒（LPNs）的制備，得到了阿法替尼（Afatinib，Afa）負(fù)載的Tf修飾的氧化還原敏感脂質(zhì)聚合物雜化納米粒子（Tf-SS-Afa-LPNs）。Afa是第二代不可逆表皮生長因子抑制劑，用于非小細(xì)胞肺癌的治療，但生物利用度較低，副作用較小。體外和體內(nèi)研究表明，Tf-SS-Afa-LPNs能在GSH濃度高于血漿濃度的腫瘤部位釋放藥物，在體外具有顯著的腫瘤生長抑制能力，Tf-SS-Afa-LPNs在體內(nèi)抗腫瘤效率最高，且體重?zé)o明顯下降，抑制腫瘤體積為919mm3～212mm3，是一種很有前途的肺癌治療粒子。

Qiu等[24]以氧化還原反應(yīng)性的P[（2-（（喜樹堿）-氧乙基）二硫基）甲基丙烯酸乙酯]-co-[2-（D-半乳糖）甲基丙烯酸甲酯）]（P（MACPTS-co-MAGP）和銀納米粒子（AgNPs）為載體，制備了一種以喜樹堿（CPT）和AgNPs為載體的復(fù)合納米藥物載體體系。CPT通過氧化還原反應(yīng)性二硫鍵與聚合物側(cè)鏈相連，附著在AgNPs表面，由于納米顆粒表面能量轉(zhuǎn)移（NSET）效應(yīng)，導(dǎo)致 CPT 熒光猝滅（“關(guān)”態(tài)），暴露于GSH后，二硫鍵裂解釋放出CPT，從而恢復(fù)CPT的熒光（“開”狀態(tài)）。此外，雜化納米顆粒能顯著抑制宮頸癌細(xì)胞（HeLa）的增殖。

1.3 其他刺激響應(yīng)型聚合物

刺激響應(yīng)型聚合物除了以上類型之外，還有溫度[25]、酶[26,27]、光[28]等響應(yīng)型聚合物。Hiruta 等[29]制備了兩親性二嵌段共聚物聚（N-異丙基丙烯酰胺-co-N,N-二甲基丙烯酰胺）[P（NIPAAm-co-DMAAm）]和含三甲氧基甲硅烷基的疏水鏈段兩親性二嵌段共聚物（PBM-b-ND）二氧化硅雜化納米粒子，并在水中自組裝成膠束。與在較低溫度37℃相比，在42℃下PBM-b-ND的抗腫瘤活性顯著增強(qiáng)，結(jié)果表明二氧化硅雜化納米粒子在癌癥治療中具有藥物輸送和局部熱療的應(yīng)用潛力。

Yang等[30]制備了一種前體藥物葉酸-葡萄糖苷酸-喜樹堿（FA-GD-CPT），由于GD對β-葡萄糖醛酸苷酶具有敏感性，所以該藥物具有酶刺激響應(yīng)性，血液中的穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果表明，在血液中FA-GDCPT體現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。Bedard等[31]利用偶氮苯-聚電解質(zhì)復(fù)合物合成了一種微囊，在紫外燈照射下，這種微囊的結(jié)構(gòu)會(huì)顯著收縮，且微囊壁的通透性增加，實(shí)現(xiàn)了對溶液中藥物分子的包裹與釋放。Park等[32]以PCL為材料制備了一種纖維狀藥物載體，其多孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對抗腫瘤藥物DOX和光熱轉(zhuǎn)換劑吲哚菁綠（ICG）的負(fù)載。該光響應(yīng)型載藥系統(tǒng)在近紅外光的照射下，ICG的光熱轉(zhuǎn)換能力使溫度超過脂肪酸的臨界溶解溫度，脂肪酸開始融化，促進(jìn)DOX釋放。

2 協(xié)同響應(yīng)型聚合物

近年來，大多數(shù)刺激響應(yīng)型聚合物作用于單一刺激，但是，單一刺激往往不能使復(fù)雜環(huán)境（如低pH值、氧化還原劑高度表達(dá)的癌細(xì)胞）的藥物精準(zhǔn)釋放，以及有些大分子（如多肽、酶、核酸等）構(gòu)象特異性的變化，使聚合物往往要適應(yīng)于復(fù)雜環(huán)境而不是單一的影響因素[33]。因此，多刺激響應(yīng)（MSR）高分子材料具有驚人的潛力和可行性。與單一響應(yīng)型聚合物相比，多重刺激響應(yīng)型聚合物，即協(xié)同響應(yīng)型聚合物，不僅可以加快藥物釋放且能抑制藥物的過早釋放，可以在抑制癌細(xì)胞生長的基礎(chǔ)上降低對正常細(xì)胞的毒性，從而提高了抗癌藥物的靶向性和抗癌活性，能更有效、更精確地觸發(fā)藥物釋放。

2.1 光和氧化還原協(xié)同響應(yīng)型聚合物

Li等[34]以PEG鏈通過二價(jià)鍵在環(huán)糊精（β-CD）上重組形成的CD-PEG為親水基，以端基偶氮苯修飾的聚（ε-己內(nèi)酯）鏈（Azo-PCL）為疏水基，通過偶氮苯與β-CD的相互作用連接形成單體，在水溶液中自組裝成光/GSH雙響應(yīng)型超分子藥物載體（CPAP），用于DOX的胞內(nèi)釋放。制備的CPAP呈球形，納米尺寸良好、穩(wěn)定性高，并能在腫瘤組織中有效富集。GSH響應(yīng)歸因于PEG和β-CD之間的二價(jià)鍵，光響應(yīng)由β-CD與偶氮苯的相互作用決定。細(xì)胞結(jié)果表明，CPAP具有良好的生物相容性，載藥CPAP（CPAP@DOX）能有效地抑制人卵巢癌細(xì)胞（SKOV3），在GSH和光的存在下，CPAP@DOX釋放DOX的速度明顯加快。載藥膠束對人胚胎腎細(xì)胞（HEK293T）具有低毒性，且無觸發(fā)作用。

2.2 酸和氧化還原協(xié)同響應(yīng)型聚合物

Sang等[35]通過兩親性共聚物聚（乙二醇）-聚（γ-芐基L-谷氨酸）的自組裝，以胱胺為交聯(lián)劑進(jìn)行核交聯(lián)反應(yīng)制備了pH值和GSH雙重刺激響應(yīng)的核交聯(lián)聚合物膠束。與交聯(lián)前相比，納米尺寸的球形交聯(lián)膠束具有更強(qiáng)的抗稀釋性和抗?jié)恹}穩(wěn)定性。以DOX為模型藥物，通過羧酸與DOX的靜電相互作用，將其包裹在膠束核內(nèi)，研究了pH值和GSH條件下藥物的體外釋放。DOX可以通過疏水和靜電作用被負(fù)載到膠束核中，負(fù)載DOX的膠束在不含GSH、pH值為7.4時(shí)釋放出少量的藥物；與非交聯(lián)膠束相比，負(fù)載DOX的膠束在酸性和還原性環(huán)境中表現(xiàn)出更好的藥物釋放性能，并能抑制藥物過早釋放，聚合物的細(xì)胞相容性良好。

Xiong等[36]將聚乙二醇雙馬來酸單酯（PEGMA）和p-（2-甲基丙烯氧基乙氧基）苯甲醛（MAEBA）聚合，得到了聚（ε-己內(nèi)酯）-b-聚（乙二醇）甲醚甲基丙烯酸酯-co-p-（2-甲基丙烯氧基乙氧基）苯甲醛[4-AS-PCL-P（PEGMA-co-MAEBA）]，制備了一種新型的四臂星形兩親性共聚物，可在水溶液中以較低濃度自組裝成膠束。殼交聯(lián)結(jié)構(gòu)是防止藥物從膠束中擴(kuò)散的良好屏障，可以防止藥物在血液循環(huán)中過早釋放，而在低pH值和高GSH濃度的協(xié)同作用下智能破壞細(xì)胞微環(huán)境，使膠束去交聯(lián)促進(jìn)疏水性藥物的快速釋放。激光共聚焦掃描顯微鏡（CLSM）分析表明，載CPT的刺激響應(yīng)型交聯(lián)膠束（SCMs）可被HepG2細(xì)胞有效內(nèi)化。細(xì)胞毒性試驗(yàn)表明，該聚合物膠束基質(zhì)對HepG2細(xì)胞毒性較低，但經(jīng)48h孵育后，載CPT膠束基質(zhì)對游離CPT的細(xì)胞毒性相似。所有這些特性表明，基于四臂星形共聚物的pH/GSH雙響應(yīng)殼交聯(lián)膠束在疏水抗癌藥物的高效性方面具有潛在的應(yīng)用前景。

2.3 溫度和酸協(xié)同響應(yīng)型聚合物

基丙烯酰胺）（β-CD-PNIPAM）和苯并咪唑封端的聚（ε-己內(nèi)酯）（BM-PCL）為原料，構(gòu)建了溫度和pH值雙敏感超分子膠束（圖4）。在β-CD-PNIPAM星型聚合物中引入疏水性配體可降低其低臨界溶解溫度（LCST）。在中性溶液（pH值為7.0）和室溫（25℃）下，載藥膠束中DOX的釋放受到抑制，而在酸性溶液（pH值為5.2）和37℃下，DOX釋放速率顯著加快。細(xì)胞結(jié)果表明，載藥膠束比游離DOX具有更高的抗腫瘤活性。

Zhou等[37]以星形聚合物β-環(huán)糊精-聚（N-異丙

圖4 溫度/pH雙敏超分子膠束的合成示意圖[37]Fig.4 Synthesis diagram of temperature/pH bi-sensitive supramolecular micelles[37]

2.4 溫度和氧化還原協(xié)同響應(yīng)型聚合物

Gao等[38]采用含二硫化物的交聯(lián)劑，并通過反相微乳液聚合的方法將聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺（PNVCL）與 Fe3O4納米復(fù)合納米凝膠（NCGs）鍵合，制備了一種新型可降解的磁性溫度和GSH雙重響應(yīng)聚合物（PNVCL/Fe3O4@NCGs）。用2-異氰酸酯-甲基丙烯酸乙酯對Fe3O4磁性納米粒子（MNPs）進(jìn)行了乙烯基改性，PNVCL/Fe3O4@NCGs不僅繼承了 Fe3O4@MNPs良好的超順磁性，而且具有可逆的溫度響應(yīng)和顯著的GSH響應(yīng)。以抗腫瘤藥物5-氟尿嘧啶（5-FU）為模型藥物，研究PNVCL/Fe3O4@NCGs的包載和藥物控釋性能，結(jié)果表明，在室溫下膠束具有良好的載藥性能，通過提高或降低體系溫度可實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放，且PNVCL/Fe3O4@NCGs細(xì)胞毒性較低，得到了具有溫度和GSH雙重響應(yīng)性能的磁性納米載體。

2.5 多重響應(yīng)型聚合物

Zhang等[39]利用了ATRP反應(yīng)合成了一種兩親性二嵌段共聚物聚（2-甲基丙烯酰氧乙基二茂鐵）-（5-丙炔醚-2-硝基芐基溴異丁酸酯）-聚（甲基丙烯酸二甲氨基乙酯）（PMAEFc-ONB-PDMAEMA）（圖5），制備了一種新型的溫度、pH值、光和GSH多重刺激響應(yīng)的殼交聯(lián)（SCL）納米顆粒。首先，通過二嵌段共聚物在水中自組裝成大小均勻的球形膠束作為非交聯(lián)膠束，再與N,N'-雙（溴乙?；╇装罚˙BAC）通過甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）的氮與BBAC的溴之間的季銨化反應(yīng)，得到SCL膠束，該膠束可在高溫度下收縮，在酸性或低濃度過氧化氫下膨脹，并由少量二硫蘇糖醇（DTT）脫粘，被DTT和紫外光破壞。熒光分光光度法研究表明，多重刺激比單一刺激更有效、更精確地觸發(fā)和調(diào)節(jié)SCL膠束中疏水性藥物的釋放。含有二硫鍵的交聯(lián)殼不僅賦予了納米顆粒氧化還原敏感性，還可有效地控制藥物釋放。這種殼交聯(lián)結(jié)構(gòu)的多重刺激響應(yīng)型納米載體能有效避免藥物在極端環(huán)境下的釋放，對不同環(huán)境的腫瘤細(xì)胞具有更好的適應(yīng)能力和化藥治療潛力。

圖5 PMAEFc-ONB-PDMAEMA多刺激響應(yīng)二嵌段共聚物的合成工藝[39]Fig.5 Synthesis process of PMAEFc-ONB-PDMAEMA multi-stimulus response diblockcopolymer[39]

3 結(jié)語

本文綜述了刺激響應(yīng)型聚合物在抗腫瘤藥物載體和藥物緩釋控釋方面的應(yīng)用，均顯示出潛在的應(yīng)用前景。pH值、GSH、協(xié)同刺激等響應(yīng)型聚合膠束及納米顆粒在抗腫瘤藥物的定位、緩釋、控釋性能表現(xiàn)良好，能更加準(zhǔn)確地輸送、釋放藥物，提高了生物利用度，有效抑制癌細(xì)胞的生長，降低抗腫瘤藥物對正常組織的毒副作用。雖然目前刺激響應(yīng)型聚合物在生物體內(nèi)的應(yīng)用較少，在生物相容性、生物降解及體內(nèi)穩(wěn)定性等方面還有待進(jìn)一步改善，但總體來說，在抗腫瘤治療方面具有一定的潛力和應(yīng)用前景。